168kA新型阴极高效节能铝电解槽磁流体运动的数值模拟

建立了168 kA新型阴极铝电解槽磁流体运动的数学模型,对电解质与铝液交界面的流场、电解质的流场以及阴极铝液的流场进行了模拟,并对新型阴极电解槽阳极导杆等距电压降进行了测量。研究结果表明：新型阴极铝电解槽可隔断槽内铝液流动,降低槽内阴极铝液的流速。新型阴极铝电解槽铝液与电解质交界面的速度矢量和较普通阴极铝电解槽铝液与电解质交界面的速度矢量和低2～3倍,且极值分布更为均匀。新型阴极电解槽内铝液与电解质界面处的磁流体速度最大,然后以界面为中心线逐渐减小。     

不同开槽阳极铝电解槽的节能性研究

基于有限体积方法,建立三维传统阳极、纵向开槽和横向开槽阳极铝电解槽非稳态数学模型,采用磁动力流体模型(MHD)中电势法计算电磁场,把电磁力作为动量方程的源项,通过流体体积函数(VOF)法追踪电解质-铝液界面的波动,用离散相模型(DPM)追踪气泡的运动路径.对比分析传统阳极、纵向开槽和横向开槽阳极铝电解槽中电解质-铝液界面波动和气泡分布情况.结果表明,纵向开槽阳极下电解质-铝液界面波动幅度小于横向开槽阳极下的电解质-铝液界面波动幅度,且都小于传统阳极下电解质-铝液界面波动幅度.纵向开槽阳极底部的气体体积分数最小.     

电解槽内异型凸台对电解质/铝液界面波动的影响

针对铝电解槽内电解质/铝液界面的波动现象,基于计算流体动力学(CFD)的方法建立了铝电解槽内电解质/铝液两相流体流动的数学模型.使用Fluent软件的流体体积自由面跟踪法和自定义函数,研究了阴极凸台对电解质/铝液界面波动的影响.结果表明,异型凸台的加入使得两相界面的波动幅度降低了17.2%,但凸台的存在同时也使得熔体对侧部槽帮冲刷增强.     

熔盐电解制取稀土铈槽内流场的数值模拟

针对现场运行6 k A新型铈电解槽结构,采用VOF模型模拟方法模拟分析熔盐液面波动及流动分布情况。研究发现采用VOF模型能很好的再现生产电解槽液面波动情况,新型槽型结构有利于减少金属接收器上部回流区对金属液面的影响,熔体液面波动主要发生在电极的阳极和阴极之间,越靠近阳极上表面,熔体液面波动越剧烈,而且液面波动直接影响电解槽的稳定性、产品质量和电流效率,对于电解产物铈金属的收集和电解槽开发设计具有很重要的意义。     

铝电解槽熔体中电流分布的数值计算

在电解槽三维电位场计算的基础上,对电解槽在不同工艺条件下及不同结构时的电流场进行了数值计算:1)伸腿长度为零的理想情况;2)伸腿伸至阳极底部;3)不同铝水平及换极;4)泄流式电解槽.通过分析发现,铝液中y 向电流密度沿阴极长度方向表现出先增后降的趋势,Jy的幅值随铝液层面降低有所增加.在伸腿伸至阳极底部时,在槽边部会出现较大的逆向电流,伸腿越长,逆向水平电流越大.铝液层面中垂直电流密度沿阴极碳块长度方向自里向外呈现增加趋势,且铝液层面越低,电流密度变化梯度越大.铝液中x向电流可以忽略,且随铝水平变化较小.泄流式电解槽熔体中存在较大的电流密度集中现象,炉底压降相对较大.     

开槽阳极在240 kA铝电解槽的应用实践

基于铝电解槽阳极底部气泡聚集影响电解质-铝液界面波动的问题,某公司在240 kA系列电解槽上进行开槽预焙阳极的应用,开槽阳极方法采用生块阳极脱模成型法。实践结果表明,使用开槽阳极后,有效提高了阳极导电率和电流效率,降低了电解槽电压、铝液直流电耗、阳极效应系数、吨铝炭耗,达到了节能降耗的目的。     

新型阴极结构铝电解槽成套技术引领铝电解行业节能新方向

东北大学、中国铝业股份有限公司等自2007年起开始对铝电解重大节能技术进行系统研究,并成功开发出新型阴极结构铝电解槽成套技术。该成果建立了高效节能新型阴极结构电解槽的基础理论,攻破了铝电解电耗难于大幅度降低的技术难题,提出了铝电解生产大幅度节电的技术路线,引领了当代世界铝电解节能技术的一场重要变革。项目组在世界上首创了具有减波功能、提高电解槽内铝液面稳定性的新型阴极结构。     

二硼化钛石墨阴极降低铝能耗

美国研究人员在传统的霍尔 -埃罗电解槽中采用二硼化钛石墨阴极 ,结果使生产原铝的能耗降低了 2 0 %左右 ,从而节约了生产成本。二硼化钛石墨阴极的主要优点在于能减小阴极与阳极之间的电压差。在霍尔 -埃罗电解槽中 ,铝融体起阴极作用 ,由于电磁效应与流体动力学作用 ,使铝融体池产生波动 ,融体表面不稳定。这种不稳定可造成电解槽短路 ,从而使阴极与阳极间形成较高的电压差 ,导致电解槽的能源效率较低。而二硼化钛石墨阴极可被铝融体湿润 ,在阴极上附着一层铝水 ,并滴入收集盘内。这样 ,铝融体表面比原来平稳得多 ,同时阴极与阳极间的间隙…     

铝电解槽磁流体数值仿真计算研究

根据磁流体力学的相关理论和铝电解槽内的磁流体特征,建立铝电解槽磁流体计算模型,利用该模型对x方向磁场作用下的二维双阳极下的磁流体流动进行数值计算,分析极距变化和磁场强度对磁流体界面波动的影响:极距的增大有利于磁流体界面波动的稳定,磁场强度增大到一定程度时会引起阳极底掌和铝液的短路,同时导致界面的剧烈波动。     

高质量铝用阴极的发展方向与应用前景

阴极是铝电解槽最重要的组成部分之一,与阳极一起被誉为铝电解槽的心脏,优质阴极炭块不仅可以延长电解槽使用寿命,还能够减少铝电解电能消耗,降低铝电解生产成本,提高电解铝企业的竞争力。通过提高生产原料的质量、选择适合的阴极配方、严格控制生产工艺参数等一系列技术手段和措施能够生产出优质的阴极炭块,提高电解槽的使用寿命。     

5kA级惰性阳极铝电解槽流场仿真研究

针对铝电解槽流场计算方法的不足,率先提出一种用于铝电解槽流场仿真计算的间接耦合方法,并使用此方法对5 kA级惰性阳极铝电解槽分别在电磁力、阳极气体、电磁力和阳极气体共同作用下的电解质和铝液流场分布情况进行了仿真计算。计算表明,计算方法能够合理计算出电解质和铝液在任一体积力作用下的流场分布。5 kA级惰性阳极铝电解槽电解质流动主要受阳极气体控制,铝液流动主要受电磁力控制。电解质在仅电磁力作用、仅阳极气体作用、电磁力和阳极气体共同作用下的平均流速分别为1.784 cm/s、3.657 cm/s、3.814 cm/s,铝液平均流速分别为1.295 cm/s、3.509 cm/s、3.696 cm/s。     

电解铝企业铝用石油焦指标的探讨

针对目前国内铝行业炭阳极消耗经济性评价指标存在的不足,提出采用石油焦单耗指标来综合评价有阳极生产系统的电解铝企业的阳极消耗情况,阐述了采用该评价体系在生产管理中的现实意义。     

Predictive control of aluminum electrolytic cells using neural networks

In this work, neural networks are built and trained to be used in a predictive control scheme for the aluminum electrolytic cell. An efficient control of the cell requires the knowledge of predicted future values of the decision variables in order to enable the standard (nonpredictive) control logic to take anticipated actions to prevent the anode effect, a destabilizing event occurring during cell operation. The networks are first trained on data obtained from a computer simulator of the cell prior to undergoing further on-line learning. Trained to predict the cell resistance and the resistance’s trend indicators, the networks are applied to the control of cells in different cell states, with a view to preventing anode effects, the latter being deliberately induced by reducing the alumina feed rate or reducing the feeding frequency and duration. Results show that, with neural-predictive control, anode effects can be avoided, which should result in increased thermal stability, decreased power consumption, and reduced fluoride emissions. Further, the on-line learning capacity of the networks offers a good perspective for their application to other complex industrial processes as well.     

降低水平电流减少铝液动态波动铝电解节能技术研究

通过计算机模拟仿真研究复合稳流综合节能技术对铝电解过程中阴极铝液内水平电流的影响。结果表明,以高导电方钢为核心的复合稳流综合节能技术可明显降低阴极铝液内水平电流大小,降低电解质-铝液界面变形,提高电解槽内磁流体的稳定性,以此来降低槽电压和提高电流效率,达到节能降耗的作用。为验证仿真模拟结果,在某企业300 kA系列电解槽进行复合稳流综合节能技术工业化试验,采用以高导电钢棒为核心的复合稳流综合节能技术,电解槽内水平电流降低明显,获得了非常小的铝液界面变形量,电解槽生产运行稳定性明显提高,吨铝直流电耗较系列传统槽、201技术槽、双钢棒技术槽都低。     

大型预焙铝电解槽异常槽况下的电场特性研究

以某420kA大型预焙铝电解槽为对象,利用ANSYS平台建立铝电解槽在异常槽况下的电场有限元模型,计算并分析了生产过程中氧化铝沉淀和阳极更换过程对电场的影响。结果表明,大面积沉淀的产生会明显改变原有的钢棒电流的分布特性,而区域分散沉淀和小面积沉淀对钢棒电流分布影响较小;随着换极位置的改变,电解质层电场、铝液水平电流密度及钢棒电流均呈现大幅变化。本研究可为沉淀诊断分析及阳极更换制度的优化提供支撑。     

电解铝多功能天车机组常见电气故障与排除策略

电解铝多功能天车机组是铝电解厂的关键设备之一,负责完成抽出铝水、更换阳极、打壳、下料、提升阳极母线、运输等工作任务。天车机组经常启动和停止,在某些工作条件下可能会产生冲击和振动,从而增加了电气组件的瞬时过载,加上环境温度比较高、现场粉尘浓度比较大等因素的影响,造成电气组件的故障概率非常高,多功能天车机组的实际开工率直接影响铝电解生产的正常运行。本文通过对铝电解多功能天车机组的结构分析和功能描述,详细分析了天车机组电气控制系统的常见故障,并提出了排除策略和预防措施,这为设备的高效安全运行提供了有力的保证。     

双室电解槽中电解质渗透行为的研究

利用双室电解槽研究了冰晶石一氧化铝对炭阴极的渗透。研究发现，阴极室内的液面变化不明显．而阳极室内的液面变化很大，阳极室内的电解质在电场力的作用下，穿过多孔的中间壁渗透到阴极室。随着电流密度的增大，阴阳极室的液面差增大，电渗速度与电流密度成正比。利用EDX分析发现，渗透到槽壁中的物质主要是冰晶石和氟化钠，钠和铝的含量很少，并且阴极壁中的含量要大于阳极壁，电解质是向阴极渗透的。     

热极浇铸技术在铝电解生产中的应用

为了降低铝电解生产过程中换极对电解槽热量平衡、物料平衡和稳定性的不良影响,提出了热极浇铸的预热方法,并对其工艺流程进行介绍。采用热极浇铸上槽后,减少了换极过程中的热量散失,有效预防了阳极效应,提高了电解槽稳定性,缩短了从换极到平衡的时间,减少了槽电压的偏离,而且有利于电流效率的提升和能耗的降低。     

双室电解槽中电解质渗透行为的研究

利用双室电解槽研究了冰晶石-氧化铝对炭阴极的渗透。研究发现,阴极室内的液面变化不明显,而阳极室内的液面变化很大,阳极室内的电解质在电场力的作用下,穿过多孔的中间壁渗透到阴极室。随着电流密度的增大,阴阳极室的液面差增大,电渗速度与电流密度成正比。利用EDX分析发现,渗透到槽壁中的物质主要是冰晶石和氟化钠,钠和铝的含量很少,并且阴极壁中的含量要大于阳极壁,电解质是向阴极渗透的。